5.4.5. Координированное управление несколькими водоисточниками групповой системы водоснабжения

В последние годы все большее распространение получают групповые системы водоснабжения, обеспечивающие водой несколько городов, поселков, предприятий, рассредоточенных на значительной территории. Обычно в таких системах водоснабжения используются один общий источник (водозабор) и несколько местных источников. Управление такими водоисточниками представляет сложную проблему.

В задачи оперативного управления здесь входят помимо стабилизации давлений в диктующих точках каждой водопроводной сети также координация работы водоисточников, распределение воды общего водоисточника между населенными пунктами, оптимизация режимов работы сооружений центрального и локальных водоисточников и др. Общий алгоритм функционирования системы оперативного оптимального управления включает следующие расчеты:

прогнозирование почасовой и суточной потребностей в воде населенных пунктов, питаемых групповой системой водоснабжения;

определение максимально возможной суточной подачи воды общего и локальных водоисточников;

определение потребностей в воде от общего водоисточника каждого населенного пункта;

распределение подачи воды от общего водоисточника к каждому населенному пункту;

определение оптимальных условий работы сооружений общего водоисточника;

определение оптимальных режимов сооружений локальных водоисточников;

контроль и регистрацию параметров работы сооружений водоисточников и водопроводных сетей населенных пунктов;

расчет и анализ технико-экономических показателей работы групповой системы водоснабжения в целом и сооружений общего и локальных водоисточников.

Наиболее сложным является координированное управление общим и местными водоисточниками. При этом целесообразно в общем случае принять общий водоисточник в качестве базового и покрывать пики водопотребления за счет местных источников. Однако в ряде конкретных случаев может оказаться необходимым принять в качестве базовых некоторые местные водоисточники.

В отдельных случаях (например, в периоды летнего водопотребления) производительность водоисточников может оказаться недостаточной для удовлетворения потребности в воде всех потребителей групповой системы водоснабжения. Для этого используется алгоритм распределения воды общего водоисточника между всеми потребителями (городами, населенными пунктами, предприятиями и др.) пропорционально их потребности и с учетом приоритетов.

5.4.6. Оперативное управление системами подачи распределения воды

Структура системы подачи и распределения воды зависит от планировки города, месторасположения водоисточников, рельефа местности и других факторов. Несмотря на разнообразие схем водопроводных сетей городов, можно выделить ряд типовых элементов, из которых складывается структура большинства систем подачи и распределения воды:

а) насосная станция питает изолированную зону;

б) несколько насосных станций питают общую зону;

в) насосная станция подает воду в сеть и резервуар;

г) насосная станция питает сеть и несколько резервуаров;

д) насосная станция питает сеть, резервуар и насосную станцию следующей зоны.

Алгоритм расчета оптимального режима работы каждой конкретной системы подачи и распределения воды имеет индивидуальный характер и строится на сочетании алгоритмов управления типовыми элементами, входящими в состав данного водопровода.

Наиболее сложными и важными являются задачи оперативного планирования оптимальных режимов. Трудность таких расчетов связана с необходимостью построения математических моделей системы подачи и распределения воды и прогнозирования колебаний водопотребления на предстоящий период.

Анализ задач оперативного управления показал, что для расчета оптимальных режимов работы насосных станций в большинстве случаев нецелесообразно производить гидравлический расчет водопроводных сетей и использовать принятые при проектировании традиционные модели потокораспределения — расчетные схемы сетей. Это объясняется трудностью получения данных о фактических и требуемых значениях узловых расходов для каждого часа предстоящих суток, а также чрезмерно большими для оперативного управления затратами машинного времени на проведение расчетов даже при использовании мощных современных ЭВМ.

Гидравлический расчет следует производить при анализе нагруженности различных магистралей водопроводной сети, при поиске наивыгоднейших вариантов развития сетей, перераспределения водопотоков при использовании управляемых задвижек или поворотных затворов на магистралях, а также при анализе аварийных ситуаций на сети и поиске вариантов локализации аварий или минимизации недоотпуска воды при отключении аварийных участков и др.

Для выбора оптимальных режимов работы насосных станций требуются только данные о напорах на насосных станциях и в диктующих точках сети. В то же время основная часть информации, получаемой при гидравлическом расчете (о потерях напора и расходах по участкам), при этом не используется и является избыточной.

В связи с этим для расчета оптимальных режимов работы насосных станций рекомендуется использовать обобщенные математические модели, выражающие взаимосвязь напора Н_н.сти подачиQ_н.стводы насосной станции с давлением в диктующей точке сети Н_дт:

Н_н.ст = Н_д.т + а + b Q_н.ст + с Q²_н.ст,

где а,b, с ¾коэффициенты, полученные в результате статистической обработки данных о параметрах работы насосных станций и водопроводной сети.

В ряде случаев характеристика сети достаточно хорошо описывается простой линейной моделью:

Н_н.ст = Н_д.т + а + b Q_н.ст.

Использование математических моделей указанного вида существенно облегчает расчет оптимальных режимов насосных станций при достаточной для практических целей точности решения. В целях повышения точности целесообразно производить периодическое уточнение моделей, т.е. программа расчета должна включать блок идентификации параметров .модели.

Важной особенностью оперативного планирования является необходимость учета колебаний водопотребления в течение предстоящих суток. Водопотребление носит случайный характер, поэтому при планировании режимов необходимо осуществлять расчет по прогнозированию этого процесса на основе данных о подаче воды насосными станциями за прошедший период.

Оперативное планирование режимов работы насосной станции рекомендуются осуществлять путем декомпозиции этой задачи на ряд последовательно решаемых подзадач. При этом планируемый период разделяется на отрезки времени, в течение которых водопотребление принимается неизвестным и непрерывный график водопотребления заменяется дискретным (например, почасовым).

Оперативное планирование производится в такой последовательности:

расчет прогнозированного почасового графика водопотребления на предстоящие сутки;

расчет оптимальных параметров работы насосных станций (подачи, напора) для каждого часа предстоящих суток;

выбор оптимального состава работающих насосов для каждого часа суток.

В настоящее время разработаны алгоритмы и программы решения задач прогнозирования, выбора оптимального состава насосов, а также расчета оптимальных параметров работы насосных станций для ряда характерных структур систем подачи и распределения воды, сетей с одной или несколькими насосными станциями, сетей с насосными станциями и резервуарами, сетей с резервуарами и др.

В некоторых алгоритмах предусматривается одновременное решение задач расчета оптимальных параметров работы насосных станций и выбора оптимального состава работающих насосов.